Obtenez une autre victoire pour le modèle standard, la théorie remarquablement réussie qui décrit comment toutes les particules fondamentales connues interagissent.
Les physiciens ont fait la mesure la plus précise à ce jour de la force avec laquelle la force faible - l'une des quatre forces fondamentales de la nature - agit sur le proton.
Les résultats, publiés aujourd'hui (9 mai) dans la revue Nature, sont exactement ce que le modèle standard a prédit, portant un nouveau coup aux efforts des physiciens pour trouver des failles dans la théorie et découvrir de nouvelles physiques qui pourraient expliquer ce qu'est la matière noire et l'énergie noire. .
Malgré ses triomphes, le modèle standard est incomplet. Cela n'explique pas la matière noire et l'énergie noire, qui ensemble peuvent représenter plus de 95% de l'univers et n'ont jamais été observées directement. La théorie n'intègre pas non plus la gravité ni n'explique pourquoi l'univers contient plus de matière que d'antimatière.
Test du modèle standard
Un moyen de parvenir à une théorie plus complète consiste à tester ce que dit le modèle standard à propos de la force faible, qui est responsable de la désintégration radioactive, permettant les réactions nucléaires qui maintiennent le soleil brillant et entraînent les centrales nucléaires. La force des interactions de la force faible dépend de la soi-disant charge faible d'une particule, tout comme la force électromagnétique dépend de la charge électrique et la gravité dépend de la masse.
«Nous espérions simplement que ce serait un moyen de trouver une fissure dans le modèle standard», a déclaré Greg Smith, physicien au Jefferson National Accelerator Facility en Virginie et chef de projet pour l'expérience Q-faible.
Les chercheurs ont fait sauter des faisceaux d'électrons dans un bassin de protons. Les spins des électrons étaient parallèles ou anti-parallèles au faisceau. Lors de la collision avec les protons, les électrons se dispersaient, principalement en raison d'interactions impliquant la force électromagnétique. Mais pour chaque tranche de 10 000 ou 100 000 dispersions, a déclaré Smith, une s'est produite via la force faible.
Contrairement à la force électromagnétique, la force faible n'obéit pas à la symétrie miroir ou à la parité, comme l'appellent les physiciens. Ainsi, lors de l'interaction via la force électromagnétique, un électron se disperse de la même manière quelle que soit sa direction de rotation. Mais lors de l'interaction via la force faible, la probabilité que l'électron se diffuse dépend toujours très légèrement de la rotation parallèle ou anti-parallèle de la rotation de l'électron.
Dans l'expérience, le faisceau a alterné entre des électrons de tir avec des spins parallèles et anti-parallèles environ 1 000 fois par seconde. Les chercheurs ont découvert que la différence de probabilité de diffusion n'était que de 226,5 parties par milliard, avec une précision de 9,3 parties par milliard. Cela revient à constater que deux monts Everest identiques par ailleurs diffèrent en hauteur par l'épaisseur d'une pièce d'un dollar - avec une précision jusqu'à la largeur d'un cheveu humain.
"Il s'agit de l'asymétrie la plus petite et la plus précise jamais mesurée dans la diffusion d'électrons polarisés à partir de protons", a déclaré Peter Blunden, physicien à l'Université du Manitoba au Canada qui n'était pas impliqué dans l'étude. La mesure, a-t-il ajouté, est une réalisation impressionnante. De plus, cela montre que, dans la chasse à la nouvelle physique, ces expériences à relativement faible énergie peuvent rivaliser avec de puissants accélérateurs de particules comme le Grand collisionneur de hadrons près de Genève, a déclaré Blunden.
Même si la faible charge du proton s'est avérée être à peu près ce que le modèle standard a dit qu'elle serait, tout espoir n'est pas perdu pour trouver un nouveau physique un jour. Les résultats ne font que limiter à quoi pourrait ressembler cette nouvelle physique. Par exemple, selon Smith, ils excluent les phénomènes impliquant des interactions électron-proton qui se produisent à des énergies inférieures à 3,5 téraélectrons volts.
Pourtant, cela aurait été beaucoup plus excitant s'ils avaient trouvé quelque chose de nouveau, a déclaré Smith.
"J'ai été déçu", a-t-il déclaré à Live Science. "J'espérais une certaine déviation, un signal. Mais d'autres personnes étaient soulagées que nous n'étions pas loin de ce que le modèle standard avait prédit."
